生物黑炭還田對紅壤旱地芝麻產量及土壤養分的影響

趙仲仁，王富珍，歐陽建平，夏桂龍，段紅霞

（江西省鄧家埠水稻原種場農科所，江西 余江 335200）

生物黑炭還田對紅壤旱地芝麻產量及土壤養分的影響

趙仲仁，王富珍，歐陽建平，夏桂龍，段紅霞

（江西省鄧家埠水稻原種場農科所，江西 余江 335200）

為探討南方丘陵區芝麻種植過程中合理的有機培肥措施，通過不同用量的秸稈和生物黑炭還田試驗，研究了其對芝麻產量以及土壤pH值、有機質和氮磷鉀養分含量的影響。結果表明：與常規施肥相比，秸稈和生物黑炭處理的芝麻籽粒產量分別增加了42.7%～89.0%和75.6%～118.3%，秸稈產量分別增加了24.2%～39.3%和43.6%～61.9%；同時，施用秸稈或生物黑炭可以較好地改良土壤酸化情況，并提升土壤有機質和速效氮磷鉀的含量，且生物黑炭的效果優于秸稈直接還田；在試驗設置的用量范圍內，生物黑炭施用量越大，作物增產幅度和土壤肥力提升幅度越高。

稻草；生物黑炭；紅壤；芝麻產量；土壤酸化

我國南方紅壤丘陵區，芝麻等旱作物種植普遍存在產量較低的問題[1-3]。定位試驗表明，長期不合理施用化肥是該地區作物減產和土壤肥力退化的主要原因[4-5]。而施用有機肥則可以顯著提高作物產量和土壤肥力。大量研究認為，作物秸稈經炭化生成的生物質炭還田可顯著改善土壤肥力，提高作物生產力，并減少溫室氣體的排放[6-9]。但是，對于南方丘陵區廣泛種植芝麻等旱作物，其生物黑炭的合理用量還不甚明確。因此，試驗以芝麻為材料，在旱地紅壤上通過施用不同量的秸稈和生物黑炭，研究其對芝麻產量以及土壤培肥效果的影響，以期為紅壤丘陵區的芝麻高產和土壤培肥提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江西省鷹潭市余江縣（28°15′N，116°55′E），地處中亞熱帶，年均氣溫18.1℃，≥10℃積溫6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發量1 150 mm，無霜期約為289 d，年日照時數1 950 h。試驗土壤為第四紀紅粘土發育的紅壤旱地，試驗前土壤理化性狀：pH值4.65、有機質15.31 g/kg、全氮1.04 g/kg、全磷0.65 g/kg、全鉀7.86 g/kg、堿解氮85.40 mg/kg、有效磷15.57 mg/kg、速效鉀102.03 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試芝麻品種為贛芝8號。

生物質炭原料為水稻秸稈，采用連續立式生物質炭化爐生產，在350～500 ℃的炭化溫度下，35%的生物質材料轉化為生物質炭。將生產的生物質炭過 5 mm 篩，測得pH值為10.4，養分含量如下：有機碳467.0 g/kg、全氮5.90 g/kg和有效磷83.50 g/kg。

1.3 試驗設計

如表1所示，試驗共設7個處理：CK（常規施肥）、S1（秸稈半量還田，3 t/hm2）、S2（秸稈全量還田，6 t/hm2）、S3（秸稈1.5倍全量還田，9 t/hm2）、C1（秸稈源黑炭還田，0.9 t/hm2，根據1 t秸稈可以轉化0.3 t生物黑炭計算）、C2（黑炭還田，1.8 t/hm2）、C3（黑炭還田，2.7 t/hm2）；各處理氮、磷、鉀肥施用量均一致，分別為90、60和105 kg/hm2。每個處理3次重復，各小區按區組隨機排列，每個小區面積是50 m2。氮肥基追比為7︰3，秸稈、生物黑炭和磷肥作基肥一次性施用；鉀肥中50%作基肥，50%作穗肥。

表1 秸稈或生物黑炭和肥料用量

1.4 測定指標

每個小區實際測產，計算籽粒產量和秸稈重量。收獲指數=籽粒產量/（籽粒產量＋秸稈產量）。

收獲后采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，每個小區隨機采集5個點，混合后帶回室內風干，過篩后分析土壤pH值、有機質和速效氮磷鉀養分，測試方法為常規分析方法[10]。

1.5 數據處理及分析

所有數據均采用Excel 2003進行整理，采用SPSS 16.0進行方差分析，采用Origin 7.5軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈或生物黑炭對芝麻產量的影響

如圖1所示，施用秸稈或生物黑炭可以顯著影響芝麻籽粒和秸稈產量變化。與常規施肥相比，S1、S2、S3、C1、C2和C3處理的籽粒產量分別增加了42.7%、73.2%、89.0%、75.6%、108.5%和118.3%，秸稈產量分別增加了24.2%、30.5%、39.3%、43.6%、51.0%和61.9%。其中，生物黑炭處理的增產效果明顯高于秸稈的，且用量高的增產效果更明顯。

2.2 秸稈或生物黑炭對紅壤pH值和有機質的影響

由圖2可知，在紅壤旱地上，施用秸稈或生物黑炭可以較好地改善土壤酸化情況，與CK相比，S1、S2、S3處理的土壤pH值分別提高0.21（4.6%）、0.45（9.8%）和0.56（12.2%）。C1、C2、C3處理的土壤pH值分別提高0.38（8.3%）、0.52（11.2%）和0.76（16.5%）。同時，秸稈或生物黑炭還可顯著提高紅壤旱地的土壤有機質含量，與CK相比，秸稈和生物黑炭施用后的土壤有機質增幅（圖3）分別為0.84%～30.1%和25.5%～44.0%。與秸稈相比，生物黑炭對土壤酸化改良和有機質提升的效果更明顯。

圖1 各處理芝麻籽粒和秸稈產量的比較

圖2 各處理土壤pH值的比較

圖3 各處理土壤有機質含量的比較

2.3 秸稈或生物黑炭對紅壤氮磷鉀養分的影響

從表2中可以看出，生物黑炭可以提高紅壤旱地的氮磷鉀養分含量。與CK相比，秸稈和生物黑炭處理土壤的堿解氮含量分別增加了29.3%～51.5%和29.5%～73.5%；有效磷含量分別增加23.0%～137.3%和54.1%～263.6%；速效鉀含量分別增加75.5%～185.4%和89.6%～277.7%。其中，生物黑炭對土壤養分的增效作用明顯高于秸稈，以C3處理的土壤養分含量增幅最大。

表2 各處理土壤氮磷鉀養分含量的比較 （mg/kg）

3 討 論

紅壤旱地肥力退化是制約南方丘陵區作物生產的主要因素之一[11-14]，因此如何調整施肥措施來提升土壤肥力就變得十分關鍵。除了將水稻秸稈異地還田之外，近年來的研究表明，將秸稈在無氧條件下低溫裂解制備成生物黑炭并還田可以較好地改善土壤肥力和質量，從而提高作物生產力[5]。該研究結果也表明，紅壤旱地上施用生物黑炭可以顯著提高芝麻產量，與CK相比，生物黑炭處理的芝麻籽粒產量增加了75.6%～118.3%，且增幅顯著高于秸稈直接還田處理。這與其他作物的應用效果一致[7-9]。

大量研究表明，秸稈或生物黑炭施入土壤后主要是通過提高土壤肥力來增加作物產量[7-9,15-16]。在該試驗中，添加秸稈或生物黑炭可以顯著提高土壤速效養分和土壤pH值，且效果比秸稈直接還田要好。出現這樣的結果有兩個方面的原因：一方面與生物黑炭的特性優于秸稈有關，生物黑炭的比表面積大，從而大幅活化了土壤養分[7-9]，但具體原因有待進一步分析研究；另一方面由于生物黑炭中含有大量堿性物質，從而促使土壤pH值升高[17-18]。

4 結 論

在紅壤旱地上，施用秸稈或生物黑炭可以顯著提高芝麻產量、土壤有機質和土壤速效養分的含量，改良土壤酸化情況；且生物黑炭的效果優于秸稈直接還田。與CK相比，生物黑炭施用后芝麻籽粒產量增加了75.6%～118.3%；土壤有機質和速效氮磷鉀含量分別增加25.5%～44.0%、29.5%～73.5%、54.1%～263.6%和89.6%～277.7%，土壤pH值增加了0.38～0.76，且用量高的效果較好。

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（責任編輯：成 平）

Effects of Biochar Returning on Upland Red Soil Sesame Yield and Soil Nutrients

ZHAO Zhong-ren，WANG Fu-zhen，OUYANG Jian-ping，XIA Gui-long，DUAN Hong-xia
（Institute of Agriculture Science, Plantation of Dengjia Town of Jiangxi Province, Yujiang 335200, PRC）

To explore reasonable patterns of organic fertilizer in the sesame planting in southern area China, one feld experiment was conducted which included different rates of straw and biochar, grain yield, soil pH, organic matter and nutrient contents were analyzed. The results showed that: compared with conventional fertilization, straw and biochar could improve grain yield of sesame by 42.7%-89.0% and 75.6%-118.3% respectively, straw yield was increased by 24.2%-39.3% and 43.6%-61.9% separately. Meanwhile, the application of straw or biochar can decrease soil acidifcation, improved soil organic matter and available nutrient contents, moreover, the effect of biochar was better than straw. The grain yield and soil fertility increased when biochar was applied more in the range of the experiment settings.

straw; biochar; red soil; grain yield of sesame; soil acidifcation

S156.6

：A

：1006-060X（2017）06-0025-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.008

2017-04-05

江西省科技支撐項目（20141BBF60050）；江西省自然科學基金（20151BAB214008）

趙仲仁（1963-），男，江西余江縣人，農藝師，主要從事土壤肥料方面的研究。

夏桂龍